Beobachtung mit dem Teleskop

Was man bei der Beobachtung mit dem Teleskop so alles beachten sollte. Was Öffnung und Vergrößerung des Teleskops bringt und wie man sich angemessen auf das Beobachten der unterschiedlichen Gestirne vorbereitet.

Beobachtung mit dem Teleskop:

Was man bei der Beobachtung mit dem Teleskop so alles beachten sollte. Was Öffnung und Vergrößerung des Teleskops bringt und wie man sich angemessen auf das Beobachten der unterschiedlichen Gestirne vorbereitet.

´Sehen ist eine Kunst, die erlernt und gelehrt werden muß´
Dieses treffende Zitat von Wilhelm Herschel beschreibt eigentlich schon das, was in der Beitragsreihe Beobachtung gelehrt werden soll. Gerade in der beobachtenden Astronomie sind es unsere Augen, die konstruktionsbedingt nicht für das perfekte Sehen in der Dunkelheit optimiert sind. Denn wir Menschen (Astronomen bilden da eine Ausnahme) sind tagaktiv und deshalb evolutionsbedingt an das gute Sehen bei Tageslicht optimal angepaßt.


150 / 750 Newton auf EQ5 mit Feldstativ

Die meisten Amateurastronomen werden die Gestirne am Nachthimmel mit einem Teleskop betrachten. Teleskope haben meist eine große Öffnung, und durch die (fast freie) Wahl des geeigneten Okulars einen sehr variablen Vergrößerungsbereich. Dieser wird sich ganz grob im Bereich zwischen 50-fach und 500-fach bewegen, wodurch eine (zumindest manuelle) Nachführung dringend anzuraten ist. Den meisten Beobachtungskomfort bietet eine Deutsche Montierung mit Nachführmotor. Das links gezeigte Beispiel, ein 6" Newton mit Parabolspiegel und 750mm Brennweite auf einer soliden Montierung ist bereits eine sehr gute Ausgangsbasis. Einige Grundlagen:

Mehr Öffnung
lassen flächige Objekte bei gleicher Austrittspupille nicht heller erscheinen, aber dafür größer, wodurch wir sie besser wahrnehmen können.

Mehr Vergrößerung
ist jederzeit möglich, in dem man einfach ein Okular mit kleinerer Brennweite verwendet. Es gibt aber auch Grenzen. Die maximal sinnvolle Vergrößerung wird durch die Öffnung definiert - sie beträgt etwa das Doppelte der Öffnung in mm, in diesem Beispiel also 300-fach. Wenn das Seeing da mitspielt, welches die maximal sinnvolle Vergrößerung meist auf Werte um 200-fach begrenzt.

Beobachtungsziele:
In dieser Hinsicht ist man mit einem Teleskop wegen der variablen Vergrößerung besonders flexibel. Mond, Planeten, Planetarische Nebel und Doppelsterne wird man eher mit hoher Vergrößerung beobachten, Galaxien, Gasnebel und Sternhaufen eher mit kleinerer Vergrößerung. Bei Emissionsnebeln ist ein UHC-Filter sehr hilfreich.

Teleskop vorbereiten
Etwa 2-3 Stunden vor Beobachtungsbeginn sollte das Teleskop dort aufgestellt werden, wo man auch beobachten möchte. Denn der Tubus und insbesondere der Hauptspiegel muß erst mal auskühlen, also möglichst genau die Umgebungstemperatur annehmen. Auch Refraktoren benötigen eine gewisse Auskühlzeit! Eine gute Gelegenheit, die Montierung schon mal möglichst genau auszurichten. Für die rein visuelle Beobachtung muß die Polachse nicht auf die Millibogensekunde genau auf den Himmelspol zeigen, man sollte aber auch nicht mehr als 1° daneben liegen. Während dieser Zeit findet auch ganz nebenbei die Dunkeladaption statt, helles nicht-rotes Licht also tunlichst vermeiden.

Die passende Kleidung
Die nächtlichen Tiefsttemperaturen liegen in klaren Nächten in Bodennähe nur im Sommer deutlich über dem Gefrierpunkt. Also warm anziehen! Was viele nicht wissen: Über die Kopfhaut wird sehr viel Wärme abgegeben, dieser Wärmeverlust sollte mit Mütze und Kapuze so gut wie möglich verhindert werden.


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Dunkeladaption:

Wie man unsere Augen, die ja für das "Hell-Sehen" optimiert sind, auch in der Dunkelheit optimal einsetzen kann. Wie wir sehen und wie mit dem "indirekten Sehen" sogar erstaunlich lichtschwache Objekte erkennbar sind soll dieser Beitrag erläutern.

Die Augen der (meist) tagaktiven Menschen sind für das Sehen in hellem Tageslicht optimiert, zeigen aber in der Dämmerung und vor allem nachts einige konstruktionsbedingte Schwächen.

Grundsätzlicher Aufbau, Farbsehen und Auflösungsvermögen:
Im Prinzip ähneln unsere Augen einer sehr einfachen Kamera - eine einfache Konvexlinse mit variabler Brennweite, die durch eine Blende mit variabler Öffnung abgeblendet wird, fokussiert das einfallende Licht auf die Netzhaut. Auf dieser befinden sich zwei verschiedene Rezeptoren, die Stäbchen und die Zapfen. Etwa 95% der Gesamtfläche werden von ca. 120 Millionen Stäbchen gebildet, allerdings sind stets mehrere Stäbchen an einer Nervenfaser ´angeschlossen´, wodurch das Auflösungsvermögen (normal ca. 1´) bei reinem ´Stäbchensehen´ auf ca. 50% herabgesetzt ist. Dafür sind die Stäbchen deutlich empfindlicher als die Zapfen, jedoch kann man mit ihnen keine Farben wahrnehmen. Denn dafür sind die Zapfen verantwortlich, die sich nur auf die restlichen 5% der Netzhautfläche verteilen und zum ´Betrieb´ wesentlich mehr Licht brauchen. Man könnte also grob zusammenfassen: Die Stäbchen liefern die Hell-Dunkel-Informationen bei geringem Lichtbedarf und hoher Auflösung, während die Zapfen nur die Farbinformationen liefern, allerdings bei nur geringer Auflösung. Und das ist auch der Grund dafür, daß wir unterhalb einer gewissen Helligkeit nur noch monochrom sehen können. ´Nachts sind alle Katzen grau´. Sehr wichtig zu wissen!

Die Öffnung:
In der Dunkelheit öffnen sich unsere Pupillen auf maximal 7mm, wobei es hier einige individuelle Unterschiede gibt. Auch das Alter spielt hier eine zusätzliche Rolle - mit zunehmendem Alter geht die ´Maximalöffnung´ um 1-2mm zurück, was die Nachtsichtfähigkeit zusätzlich einschränkt. Die Weitung der Pupillen erfolgt sehr rasch, so daß wir nicht völlig blind sind, wenn es plötzlich dunkel wird. Aber damit hat die eigentliche Dunkeladaption noch gar nicht wirklich begonnen, es ist nur eine ´Schnellösung´. Die Maximalöffnung unserer Pupillen definiert übrigens auch die minimal sinnvolle Vergrößerung eines Teleskops bzw. die maximal sinnvolle Austrittspupille.

Der Sehvorgang:
Wenn auf so ein Stäbchen viel Licht fällt, dann findet ein chemischer Vorgang statt, der einen elektrischen Reiz erzeugt, der wiederum über den Sehnerv an das Gehirn weitergeleitet wird. Bei diesem chemischen Vorgang wird das Rhodopsin ("Sehpurpur") in Retinal und Opsin aufgespaltet und muß wieder ersetzt werden. Es dauert eine ganze Weile, etwa eine halbe Stunde, bis über das Pigmentepithelium (Zellschicht hinter der Netzhaut) wieder genügend Rhodopsin aufgebaut werden kann. Erst dann, wenn wir von diesem ´Sehstoff´ einen ausreichenden Vorrat aufgebaut haben, sehen wir mit optimaler Helligkeit. Und das verbessert sich erfahrungsgemäß auch noch nach besagter halber Stunde.


Störung der Dunkeladaption
Nur ein kurzer Blick in ein helles Licht - besonders gut eignet sich da ein aufgeblendeter Autoscheinwerfer mit Xenonlicht - und die mühsam erworbene Dunkeladaption ist schlagartig weg. Denn das Rhodopsin ist in Sekundenschnelle verbraucht und muß wieder neu aufgebaut werden. Glücklicherweise zerfällt das Rhodopsin nicht bei größeren Wellenlängen. Das hat zwar den Nachteil, daß die Stäbchen sozusagen ´Rotblind´ sind, aber dafür wird die Dunkeladaption durch rotes Licht mit ausreichender Wellenlänge nicht weiter beeinträchtigt. Besonders gut geeignet zur ´Rhodopsinschonenden´ Beleuchtung sind rote Leuchtdioden, die im tiefroten Licht mit nur einer einzigen Spektrallinie leuchten. Solche Lampen sind daher bei erfahrenen Spechtlern als ´Astro-Lampe´ (Abbildung links) besonders beliebt.

Der Gelbe Fleck und das ´indirekte Sehen´
Wenn wir etwas genau betrachten, dann schauen wir es ´geradeaus´ an. Und das bedeutet, wir projizieren es unbewußt möglichst genau auf die Mitte unserer Netzhaut. Das ist auch gut so, denn hier haben wir den ´Gelben Fleck´, ein Bereich auf unserer Netzhaut, in dem die Dichte unserer Farbrezeptoren, den Zapfen, besonders hoch ist. Und das bedeutet bestmögliche Auflösung bei ausreichender Lichtintensität. Wenn wir jedoch durch das Teleskop ein lichtschwaches Objekt auf diese Weise genau betrachten, tun wir genau das Falsche! Denn gerade hier ist die Dichte der lichtempfindlichen Stäbchen am geringsten und die vielen Zapfen sind hier nutzlos. Erfahrene ´Spechtler´ blicken also immer etwas (so um 25°) daneben und nutzen die in diesem Bereich höchste Dichte der Stäbchen.

Spektrale Empfindlichkeit
Die spektrale Empfindlichkeit der Zapfen und Stäbchen unterscheiden sich geringfügig voneinander. Während die Zapfen bei 555 nm (Grasgrün) die bestmögliche Lichtausbeute haben, ist die Effizienz bei den Stäbchen um 507 nm (Türkis) am höchsten. Dadurch können wir einen Planetarischen Nebel mit starken Sauerstofflinien (OIII, 495,9/500,7nm) besonders gut erkennen (Beispiel: NGC 1535 "Cleopatras Auge"), während ein Emissionsnebel mit starker Wasserstofflinie (Hα, 656,28nm) und wenig ausgeprägten Sauerstofflinie (z.B. der Affenkopfnebel) visuell praktisch nicht mehr wahrgenommen werden kann. Oft haben wir Mischformen wie der NGC 6559. Hier können wir den bläulichen Reflexionsnebel gut erkennen während der umgebene rote Emissionsnebel nur andeutungsweise sichtbar ist.

Die Sehfähigkeit im Dunkeln weiter steigern
Wie bringt man möglichst viel ´Sehstoff´ in die Zäpfchen? Erfahrene Beobachter sorgen für eine möglichst gute Durchblutung des Pigmentepithelium und einen möglichst guten Sauerstofftransport dorthin. Sie verzichten auf Nikotin und Alkohol, trinken immer wieder warmen Tee (keinen Kaffee!) und bringen ihren Kreislauf durch ein kurzes Lauftraining in Schwung. Bei letzterem sollte man im Dunkeln schon genau wissen wohin man läuft, so manch einer hat sein Teleskop erst in der folgenden Morgendämmerung wiedergefunden....


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Sonnenbeobachtung:

Beachtet man einige einfache Regeln - die Sonne niemals ohne geeignete Filter beobachten, beste Tageszeit und einen geeigneten Beobachtungsstandort wählen, lassen sich auf der Sonne schon mit einfachen Mitteln viel entdecken. Mit Schmalbandfiltern lassen sich die imposanten Gasauswürfe am Sonnen rand beobachten.

Eine deutliche Warnung vorab: Das Beobachten der Sonne mit einem Teleskop ist äußerst riskant! Bevor das Teleskop zur Sonne geschwenkt wird, muß vor das Objektiv ein geeigneter Sonnenfilter stabil angebracht werden, er darf sich unter gar keinen Umständen durch Windböen während der Beobachtung lösen können. Außerdem darf dieser Sonnenfilter keine noch so kleine Beschädigung aufweisen. Niemals billige Okular-Sonnenfilter verwenden, denn diese befinden sich sehr nahe an der Brennebene, werden dadurch stark aufgeheizt und können leicht zerspringen. Auf die gleiche Weise sind Sucher und eventuell vorhandene, parallel montierte Fernrohre zu schützen, am besten, man nimmt die Schutzkappe erst gar nicht herunter.



Geeignete Sonnenfilter gibt es fertig für fast jeden Teleskoptyp. Ein Beispiel ist rechts abgebildet. Bei diesem handelt es sich um eine Konstruktion für gängige Schmidt-Cassegrain-Teleskope, bei der die Filterung durch die bekannte Baader Filterfolie vorgenommen wird. Diese Folie ist nur wenige µm dick und läßt nur 1/100.000 des Sonnenlichts passieren. Der Rest wird reflektiert, dadurch keine Erwärmung.

Die Filterfolie ist in der visuellen (ND 5) und fotografischen (ND 3,8) Variante auch einzeln zum Selbstbau eines Sonnenfilters erhältlich.



Etwas flexibler ist man mit der fotografischen Variante ´3,8´, das 1/6.310 des Sonnenlichts passieren läßt, die Sonne also gut 10-mal so hell erscheinen läßt. Beim visuellen Beobachten kann man dann einen Graufilter zur Lichtdämpfung verwenden, und der Astrofotograf profitiert von deutlich kürzeren Belichtungszeiten und der Option, geeignete schmalbandige Filter einzusetzen.


Was läßt sich auf der Sonne so alles beobachten?
Am auffälligsten sind die Sonnenflecken, die in einem 11-jährigen, periodischen Zyklus, dem sogenannten Sonnenzyklus mal besonders häufig auftreten und mal ganz verschwinden. Zur Zeit (2007-2009) befindet sich unsere Sonne jedoch in einem Fleckenminimum, wobei der neue Zyklus bereits begonnen hat, so daß eine deutliche Steigerung der Sonnenaktivität im Verlauf der nächsten Jahren zu erwarten ist. Das dunkle Zentrum dieser Flecken bezeichnet man als Umbra, die von einem etwas helleren, meist reich strukturierten Saum, die Penumbra, umgeben ist.

Etwas unauffälliger sind die Fackeln - helle Gasauswürfe, die die sich als etwas hellere Filamente von der Sonnenoberfläche abheben. Diese Fackeln treten oft in Verbindung mit den Flecken auf, es gibt sie aber auch als ´Einzelausführung´.

Schaut man noch etwas genauer hin, so kann man bei ruhiger Luft (morgens - vormittags) das ´Brodeln´ der Photosphäre gut beobachten. Es sind die sogenannten Granulen - Konvektionszellen aus heißem Gas, das beim Aufsteigen etwa um 400° heißer als die Umgebung ist und Ausdehnungen in der Größenordnung von um 1.800 km (entsprechend 2-3") haben. Die Granulen ändern ihre Form und Größe in relativ kurzen Zeitabständen um 20 Minuten.


Am Sonnenrand lassen sich die mächtigen Protuberanzen - heftige Gasausbrüche, die sich bis zu 100.000 km über die Sonnenoberfläche erheben, besonders gut beobachten. Diese sind als riesige Fahnen, Türme und manchmal auch Bögen in speziell dafür konstruierten Teleskopen zu bewundern.

Ein weit verbreitetes Instrument ist das Coronado P.S.T. (Abb. links) das nur einen 0,2 nm schmales Band um die Spektrallinie des angeregten Wasserstoffs Hα passieren läßt.




Filter zur Kontraststeigerung
Eine deutliche Kontraststeigerung bei der visuellen Sonnenbeobachtung wird dadurch erreicht, wenn man sich die Sonne in einem engen Bereich um 540nm betrachtet. In diesem grünen Licht sind die Kontraste der Flecken, Fackeln und Granulen am stärksten. Solche Filter sind sehr wirkungsvoll und als Solar-Kontinuum-Filter (Abb. links) im Handel. Auch fotografisch hat sich dieser Filtertyp bewährt.

Diesen Filter niemals ohne Objektiv-Sonnenfilter einsetzen! Bei kleineren Austrittspupillen bis ca. 1mm empfiehlt sich die fotografische Variante ND 3,8, da dieser Filter abdunkelt.



Wann beobachten?
Die beste Zeit ist am nicht allzu frühen Morgen, wenn die Sonne schon eine gewisse Höhe hat, aber der Erdboden noch nicht allzu viel Wärme abgibt und das Seeing wegen der damit verbundenen Konvektionsströmung in den unteren Luftschichten verschlechtert.

Wo beobachten?
Bedenke, daß die Sonne jeden Gegenstand mehr oder weniger stark erwärmt. Das hat zur Folge, daß dieser erwärmte Gegenstand die ihn umgebene Luft erwärmt, die in der Folge aufsteigt, was starke Turbulenzen verursacht. Da der Brechungsindex der Luft stark von der Temperatur abhängt, wirkt diese turbulente Luft wie das bewegte Wasser in einem Schwimmbecken auf dessen Grund ein Gegenstand bis zur Unkenntlichkeit verzerrt wird. Wähle also einen Standort, an dem sich in Richtung Sonne keine Gegenstände befinden, die nennenswert erwärmt werden. Gut sind Wiesenflächen, Wälder und Wasserflächen. Schlecht sind Häuser, Mauern, Asphaltflächen und Fahrzeuge.


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Astrofotografie:

Astrofotografie ist bereits mit sehr einfachen Mitteln möglich - solange die Gestirne groß und / oder einigermaßen hell sind. Der Schwierigkeitsgrad läßt sich beliebig steigern, da lassen sich Dinge sichtbar machen die für das Auge - selbst mit Teleskop - völlig außer Reichweite sind.

Den erlebten Moment festhalten um ihn jederzeit auf dem Bild sozusagen ´wiedererleben´ zu können - das macht den Reiz der Fotografie ganz allgemein aus. Vor hundert Jahren hantierte man noch mit klobigen Kästen, schwarzem Tuch und Glasplatte mit Filmemulsion. Nach einem chemischen Bad konnte man dann - naja, sagen wir mal erkennen, was da fotografiert worden ist. Die gleiche Technik wurde bis in die 90-er Jahre immer weiter verfeinert und schließlich durch ein völlig anderes, digitales Funktionsprinzip abgelöst.

In ganz besonderem Maße gilt dieses ´Konservieren´ des Erlebten am Okular für die Astrofotografie - die wohl extremste Form der Fotografie überhaupt, sind damit doch Bilder möglich, wie sie nicht einmal eine Eule durch das Okular eines Teleskops sehen würde. Nicht einmal annähernd!

Moderne Digitalkameras nehmen ihren Besitzern bis auf die Motivwahl und dem Druck auf den Auslöser so ziemlich jede lästige ´Nebentätigkeit´ wie Belichtungszeit, Blende und Fokussierung dank ausgefeilter elektronischer Helferlein ab. Und damit wird das Fotografieren heller irdischer Motive zum Kinderspiel.


Völlig anders ist die Situation in der Astrofotografie. Der Versuch, mal schnell mit der ultramodernen ´Digiknipse´ die Galaxie NGC 3115 (am besten noch mit Blitzlicht ;=}) durch das Teleskop abzulichten, wird beim Betrachten des Resultats eine derbe Enttäuschung nach sich ziehen.

Um eine Aufnahme dieser Galaxie in der links gezeigten Abbildungsqualität zu erreichen, bedarf es in erster Linie viel Wissen und Erfahrung und einer Belichtungszeit in der Größenordnung von etwa einer Stunde. Trotz der heute verfügbaren, hochempfindlichen Kamerachips.

Fotografiert wurde übrigens mit absolut einfachen Mitteln, also ohne eine Profi-Ausrüstung im Wert eines Mittelklassewagens.



Mit der etwas ernüchternden Ermahnung im letzten Absatz möchten wir unsere Leser jedoch keineswegs völlig desillusioniert im Kamerarauschen stehen lassen, sondern - ganz im Gegenteil - Schritt für Schritt den Weg weisen, wie man am Ende zu beeindruckenden Astrofotografien kommt, ohne vorher ein Vermögen für die Ausrüstung ausgegeben zu haben.

Übersicht über die verschiedenen ´Disziplinen´ und Schwierigkeitsgrade in der Astrofotografie:

Nur ein kurzer Überblick und einige wenige Bemerkungen dazu. Zu den ausführlichen Beschreibungen in der harten Astropraxis gelangt man über die Links jeweils zu Beginn eines jeden der folgenden Abschnitte.



Astrofotografie ohne Teleskop


Fangen wir einfach mal ganz klein an - Astrofotografie ohne Teleskop, Nachführung und weiteres Ungemach. Einfach nur die Kamera auf´s Stativ und den Sternhimmel fotografieren. Die hellen Sternbilder ´kommen´ da schon nach einer halben Minute Belichtungszeit recht eindrucksvoll. Schnell kommt da der Wunsch nach mehr Belichtungszeit auf, doch nun fangen die Sterne an zu wandern und bilden kleine Kreisbögen um den Polarstern herum. Und sie dreht sich doch, unsere Erde...

Für längere Belichtungszeiten muß man die Kamera ´huckepack´ auf das Teleskop befestigen und mit diesem nachführen lassen. Schon kann man die Belichtungszeit um ein Vielfaches erhöhen und beispielsweise die eindrucksvolle Sommermilchstraße (Bild links) bereits deutlich besser darstellen, als man sie mit dem freien Auge sieht.



Bisher war alles noch ganz einfach und gelingt bereits nach kurzer ´Einarbeitung´.



Mond und Planeten mit der Digitalkamera oder Webcam fotografieren


Nun gehen wir einen Schritt weiter und ersetzen das Kameraobjektiv durch ein ganz spezielles Objektiv - das Teleskop. Durch die größere Brennweite bekommt man naturgemäß auch deutlich mehr Vergrößerung und damit mehr Detail bei Mond und Planeten. Die links gezeigte Aufnahme entstand mit einer Webcam durch einen uralten, kleinen Refraktor bei 750mm Brennweite. Sowas geht noch ganz entspannt.



Nun wird es etwas anspruchsvoller. Saturn mit großer Brennweite, ebenfalls mit der Webcam. Teleskop war ein Schmidt-Cassegrain (SCT) mit 254mm Öffnung und 2.500mm Brennweite, welche mittels Barlowlinse auf effektiv 7,5m verlängert wurde.




Muß ich meinen kleinen Refraktor nun in Rente schicken? Keineswegs - mit nur 60mm Öffnung und 2m Brennweite (Barlow-Linse) ist am Jupiter durchaus eine Abbildungsqualität drin, wie links gezeigt. Siehe Jupiter-Oppositionsaufnahme mit 60mm



Bis dahin haben wir es noch mit hellen Gestirnen zu tun, so daß hier eine hochgenaue Nachführung noch nicht zwingend erforderlich ist, denn die Belichtungszeiten bewegen sich im Bereich von Sekundenbruchteilen.



Astrofotografie mit der Spiegelreflexkamera


Nun wird es ein wenig schwieriger. Wir nehmen eine moderne, digitale Spiegelreflexkamera (DSLR) mit Wechselobjektivsystem und ersetzen das Objektiv wieder durch das Teleskop. Der Clou bei diesem Kameratyp ist der, daß sie einen sehr großen Chip hat, und damit viel Himmel abbilden kann. Nebenbei läßt sich eine solche Kamera auch zum Ablichten irdischer Motive ´mißbrauchen´.

Bei Galaxien und Gasnebeln müssen wir die Belichtungszeiten erheblich steigern, sie liegen bereits in der Größenordnung von einigen Minuten pro Einzelaufnahme. Klar, daß während solch langer Belichtungszeiten punktgenau nachgeführt werden muß, die Nachführmotoren einfach laufen lassen, reicht nicht mehr aus. Das ´Guiden´ und der Leitstern als ´Referenzpunktlichtquelle´ kommen nun ins Spiel.

Links sehen wir unsere berühmte Nachbargalaxie, den Andromedanebel. Dieser wurde mit einer Spiegelreflexkamera an einem kleinen Refraktor mit 7cm Öffnung fotografiert.





Astrofotografie mit der Astrokamera


Speziell für die Astrofotografie konstruierte Kameras stellen sozusagen die ´Königsklasse´ dar, denn sie sind bezüglich Empfindlichkeit und geringstem Eigenrauschen unschlagbar. In den letzten Jahren hat es auch bei diesem Kameratyp einen deutlichen Preisverfall gegeben, so daß viele dieser gekühlten, hochempfindlichen Kameras bereits zu erschwinglichen Preisen zu haben sind.
Der Aufwand für eine gute Astrofotografie steigt jedoch beträchtlich an, denn viele dieser Kameras sind aus guten Gründen mit einem Schwarz/Weiß-Chip ausgestattet, was die Möglichkeit bietet, auch mit Schmalbandfiltern zu ´arbeiten´, aber gerade diese Technik macht Dinge sichtbar, die sich weit jenseits der Grenzen einer Spiegelreflexkamera befinden.

Die Aufnahme links wurde mit Hilfe von Schmalbandfiltern mit der kleinen Astrokamera Atik 16IC-HS an einem 10" SCT aufgenommen und zeigt den Medusanebel Abell 21.


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Astrofotografie ohne Teleskop:

Astrofotografie ohne spezielle Astroausrüstung? Warum nicht, wenn man auf lange Belichtungszeiten und große Brennweiten verzichten kann. Oder man nutzt die Erddrehung für ganz spezielle Effekte aus.

Bei vielen Sternfreunden regt sich nach kurzer Zeit der Wunsch, das Gesehene im Bild festzuhalten. Um erst mal ein Gefühl dafür zu bekommen, welche Anforderungen die Astrofotografie an die Kamera stellt, sollte man erst mal ganz klein anfangen. Es wird am Anfang überraschen, wie wenig Licht - natürlich im Vergleich zu einer Aufnahme bei Tageslicht - von unserem Sternhimmel bei uns ankommt. Die Belichtungszeiten werden sich am Anfang im Bereich von 30s bewegen. Bei Strichspuraufnahmen auch deutlich darüber.

Was wird benötigt?


Eine normale, am besten digitale, Spiegelreflexkamera, die beliebige Belichtungszeiten erlaubt. Zusätzlich braucht man noch einen Fernauslöser um ein Verwackeln durch den Druck auf den Auslöser zu vermeiden. Diese gibt es für die verschiedensten Kameramodelle und sind manchmal sogar im Kamerazubehör bereits vorhanden.

Besonders empfehlenswerte Kameras sind die der EOS-Reihe von Canon, die auch für die Astrofotografie am Teleskop bestens geeignet sind.

Ein gutes, stabiles Stativ, so wie rechts gezeigt, ist bei den erforderlichen Belichtungszeiten unbedingte Voraussetzung, denn niemand ist in der Lage, eine Kamera 30s lang völlig ruhig in der Hand zu halten.

Der Rest ist ganz einfach. Kamera auf das Stativ befestigen, einschalten, Belichtungszeit auf ca. 30s einstellen (oder manuell), Entfernung auf unendlich, Blende auf Maximum, Empfindlichkeit auf ca. 400 ISO, Sternbild suchen, auslösen, und nach ca. 15s sieht man das Ergebnis auf dem kleinen Monitor auf der Rückseite der Kamera.



Soweit, so gut, aber warum nicht einfach länger belichten?
Leider dreht sich die Kamera genauso schnell wie unsere Erde: In 24 Stunden um 360°, das macht pro Stunde 15°, pro Minute 15´, (Bogenminuten) und in 15s sind das immer noch 3,75´, was aber meist gerade noch akzeptabel ist.


Jupiter (unten) und Venus am Abendhimmel

Helle Planeten gehen ohne Probleme ohne Nachführung. Sie können kurz belichtet werden, so daß sich die Erdrotation noch nicht bemerkbar macht.



Tipp1:
Auch gute Kameras rauschen, und das wird sich beim Aufhellen in der nachfolgenden Bildbearbeitung bemerkbar machen. Um dieses Rauschen deutlich zu verringern, sollte man nicht nur eine Aufnahme machen, sondern gleich ca. 20. Diese Einzelaufnahmen können mit einer geeigneten Software z.B. Fitswork zu einem sogenannten Summenbild aufaddiert werden, wobei sich das Rauschen deutlich verringert und feine Details viel deutlicher hervortreten.


Tipp2:
Die EOS-Kameras können ihre Aufnahmen auch als sogenanntes ´Raw´ auf die Karte speichern. Dieses Rawformat ist im Gegensatz zu Jpg nicht verlustbehaftet komprimiert und enthält vor allem 4096 (12 Bit) Helligkeitsstufen gegenüber 256 (8 Bit) beim sonst üblichen Jpg. Man kann sich nun leicht vorstellen, daß das nochmals einen gewaltigen Qualitätsgewinn bringt!



Strichspuraufnahme vom Himmelspol
Bei längeren Belichtungszeiten werden die Sterne zu Kreisbögen verzerrt. In Kombination mit Vordergrundmotiven, wie ein Baum oder auch nur der Horizont, entstehen reizvolle Aufnahmen. Besonders die scheinbare Sternbewegung um den Himmelspol herum ist immer wieder besonders eindrucksvoll. Die gesamte Belichtungszeit sollte schon so um die 2 Stunden betragen, diese am besten in 24 × 5 Minuten aufteilen.

Für die gezeigte Aufnahme wurde eine Canon EOS 1000D mit Teleobjektiv 135mm Festbrennweite verwendet, Belichtungen: 23 x 5 Minuten @ ISO 800

Der helle Stern in der Nähe des Himmelspols ist übrigens Polaris - unser Polarstern oder α UMI - auch er muß seine Runden um den Himmelspol drehen, so wie alle anderen auch.


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Astrofotografie von Mond und Planeten:

Was zur einfachen Astrofotografie von hellen Gestirnen wie Mond und Planeten benötigt wird und wie man diese einsetzt erläutert der nun folgende Beitrag.

Detailaufnahmen von der Mondoberfläche und die saubere Darstellung der Planeten Venus bis Saturn verlangen nach einer deutlich längeren Brennweite. Merkur, Uranus und Neptun sind deutlich schwieriger zu fotografieren, also lassen wir sie vorläufig auf der Innen- und Außenbahn an uns vorbeiziehen. Handelsübliche Kameraobjektive können auf Grund ihrer geringen Brennweiten die detaillierte Darstellung kleiner Himmelsobjekte nicht mehr leisten, also muß jetzt das Teleskop ´ran.


Aber keine Angst, der erste Schritt ist noch ganz einfach: Man fotografiert einfach durch das Okular. Das geht mit einer einfachen ´Digiknipse´ mit ihrem winzigen Objektiv sogar noch einfacher als mit einer Kamera mit riesiger Objektivöffnung, denn das Strahlenbündel, das das Okular verläßt, ist nur so um 1-6mm groß - je nach Okularbrennweite.

Sehr angenehm in der Handhabung sind (nicht nur) in diesem Zusammenhang Okulare mit langem Augenabstand, sogenannte LV-Okulare (Abbildung links). Bei diesen Okularen muß die Kamera nicht so extrem nah an die Augenlinse herangebracht werden, was die Gefahr in sich birgt, sowohl Augenlinse als auch Kameraobjektiv zu verkratzen.





Was wird benötigt?


Ein ausreichend vergrößerndes Teleskop auf einer stabilen Montierung, das kann ruhig ein kleiner Refraktor sein. Dazu eine ganz einfache Digitalkamera und eine ruhige Hand.

Die Kameraeinstellungen:
Den optischen Zoom auf Maximum einstellen, das steigert die Gesamtvergrößerung und vermeidet eine allzu starke Randabdunklung. Sollte die Vergrößerung zu hoch werden, sollte besser ein Okular mit längerer Brennweite verwendet werden. Normalerweise sollte die Entfernungseinstellung auf manuell / unendlich gestellt werden, jedoch hat sich bei einigen Kameras die Autofokuseinrichtung als erstaunlich präzise erwiesen. Hier also ausprobieren, was besser geht.

Vorteil der Fotografie durch das Okular:
Selbst die ganz kleinen Digitalkameras sind heute mit recht großen Chips und einer sehr üppigen Auflösung im Megapixelbereich ausgestattet. Mit diesen Kameras bekommt man den Mond normalerweise komplett auf das Bild und löst selbst kleinere Krater noch erstaunlich gut auf.

Ein weiterer Vorteil ist die in weiten Grenzen variable Vergrößerung (oder genauer: Effektive Brennweite), so daß sich diese leicht an das Objekt der Begierde anpassen läßt. Und ganz nebenbei - eine kleine ´Digiknipse´ ist in den meisten Haushalten bereits vorhanden oder kann vom Nachbarn ausgeliehen werden.



Tipp:
Am Anfang wird man über ein seltsames Phänomen stolpern: Die erste Aufnahme ist irgendwie verschwommen, die nächste auch, die dritte knackscharf, die vierte wieder etwas verschwommen... Und das bei identischen Kameraeinstellungen. Schuld daran ist die Luftunruhe, in Fachkreisen auch ganz neudeutsch ´Seeing´ genannt. Diese wird durch die allgemein sehr kurze Belichtungszeit sozusagen ´eingefroren´, also ist es mal scharf und mal eben nicht. Daher lohnt es sich immer, möglichst viele Aufnahmen zu machen um dann hinterher die Besten davon herauspicken zu können. Ohne stabile Fixierung der Kamera an das Okular kann das zur nervtötenden Geduldsprobe werden. Eine sehr elegante Lösung wäre eine sogenannte Digiklemme (Bild links), die, einmal korrekt eingestellt, Kamera und Okular im idealen Abstand zueinander ausrichtet und fixiert.



Zum Ablichten unserer Planeten eignet sich die gerade beschriebene Methode ebenfalls, optimal ist das jedoch nicht. Denn
  1. Sind die Planeten sehr klein, nur maximal 1´ (Venus un unterer Konjunktion) sind ´drin´. Mit dem großen Chip der Digitalkamera schießt man daher mit Kanonen auf Spatzen.
  2. Wird möglichst viel Brennweite benötigt, am besten was Teleskop oder Luftunruhe hergeben.
  3. Kommt es auf eine bestmögliche Darstellung feinster Strukturen an. Hierzu sollten sehr viele Bilder gemacht und die Besten davon zur weiteren Qualitätssteigerung aufaddiert (´gestackt´) werden.


Eine handelsübliche Digitalkamera ist für solche Zwecke einfach zu langsam. Besser gelingen Planetenaufnahmen, wenn man sie mit einer Webcam fotografiert. Doch dazu später mehr. Zunächst möchten wir einen Überblick über die leicht zu fotografierenden, hellen Planeten und deren visuellen Größen zeigen:

PlanetGrößeBelichtungszeitBemerkungen
Venus63"1/1000sVenussichel nahe der unteren Konjunktion
Mars25"1/250sZur Perihelopposition
Jupiter50"1/100sZur Perihelopposition
Saturn20"1/50sZur Opposiotion, ohne Ringe



Wie bringt man eine Planetenkamera ans Teleskop?

Nichts einfacher als das! Man entferne das Okular und ersetze es einfach durch die Kamera, deren Durchmesser exakt der eines 1,25"-Okulars entspricht. Und schon kann´s losgehen. Hauptvorteil dieser Kameras ist die schnelle Bildfolge, so daß in kürzester Zeit sehr viele Einzelaufnahmen ´geschossen´ werden. Pro Minute kommen dann schon 300 Aufnahmen zusammen, in 20 Minuten sind das schon 6.000! Diese Bilder werden per USB zum Rechner übertragen und können dort selektiert werden. Die besten werden herausgepickt und in einem geeigneten Programm, z.B. Fitswork aufaddiert, wobei die Ausrichtung durch Auswahl ausreichend markanter Bildteile korrigiert wird. Jetzt wird auch klar, daß die Nachführung gar nicht so furchtbar genau sein muß und zur Not auch manuell erfolgen kann.




Saturn mit Webcam am 10" SCT @ 7,5m Brennweite

Bei guter, ruhiger Luft sind mit einer solchen Kamera an einem mittelgroßen Teleskop durchaus Aufnahmen möglich, wie der links gezeigte Saturn.

Verwendet wurde die Webcam Philips ToUcam 840 (wird nicht mehr hergestellt) an einem 10" SCT mit einer auf 7,5m verlängerten Brennweite.

Aufgenommen wurden insgesamt 5.000 Bilder, von denen ´nur´ 600 handselektierte zum Aufaddieren herangezogen wurden.


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Astrofotografie mit Spiegelreflexkameras:

Eine handelsübliche Spiegelreflexkamera ist durchaus recht gut für die Astrofotografie geeignet. Die Adaption an gängige Teleskope ist dank einer großen Auswahl an Adaptern kein Problem. Durch einen Umbau des eingebauten Sperrfilters läßt sich die Rotempfindlichkeit beträchtlich steigern. Dieser lohnt sich aber nur, wenn die Ablichtung von Emissionsnebeln beabsichtigt ist, die in der tiefroten Emissionslinie des Wasserstoffs (Hα, 656,28 nm) leuchten. Mit einigen Tricks lassen sich den Aufnahmen erstaunlich viele Deteils entlocken.

Gute digitale Spiegelreflexkameras (DSLR), bei denen sich die Objektive auswechseln lassen, kann man ganz hervorragend als ´Astrokamera´ einsetzen. Und mit dem Teleskop als Objektiv fotografieren, das ist die sogenannte fokale Projektion. DSLR haben in der Regel große Chips, üppige Auflösungen um 8-10 Megapixel und bieten dadurch ein großes reales Bildfeld. Durch die Massenfertigung sind die Preise hierfür in den letzten Jahren stark gefallen und befinden sich heute in einem durchaus erschwinglichen Bereich.


Unter den zahlreichen DSLR hat sich die Kamerareihe EOS der Firma Canon durch ihre besonders hohe Qualität und Preis-Leistungsverhältnis einen besonderen Ruf erworben. Diese Kameras sind auch in der ´Astroversion´ mit speziell für die Astrofotografie ausgelegten Sperrfiltern erhältlich. Ein besonders günstiges Beispiel ist die Canon EOS 1200D Astro Version (Abbildung links) mit 10 Megapixel Auflösung.

Hauptvorteil ist die Unabhängigkeit von einem Rechner, denn die Kamera speichert die Bilder direkt auf ihrem Speicherchip und kann dann später in der warmen Stube bequem in den Rechner zwecks Weiterverarbeitung geladen werden. Aber es gibt auch Nachteile...




Naturgemäß sind handelsübliche Kameras für die Ablichtung irdischer Motive ausgelegt. Sie zeigen also beim Fotografieren ´außerirdischer´ Motive einige typische Schwächen. Da wäre einmal der in ihnen verbaute Sperrfilter zu nennen. Dieser sollte nur das sichtbare Licht passieren lassen. Am "roten" Rand fangen diese Filter viel zu früh an zu sperren (siehe rote Kurve), so daß dieser Filterung ausgerechnet die astronomisch so wichtige Spektrallinie des angeregten Wasserstoffs (Hα, 656,28 nm), wie wir sie in vielen Emissionsnebeln finden, zum Opfer fällt.

Diesen Hauptnachteil kann man dadurch beseitigen, in dem der in diesen Kameras verbaute Sperrfilter durch einen geeigneten Filter ersetzt wird, der diese Spektrallinie ungehindert durchläßt (blaue Kurve). Die Durchlässigkeit oberhalb von 1.100 nm ist für den Kamerachip uninteressant, da dieser dort nicht mehr empfindlich ist. Hierzu gibt es unseren Umbau-Service für EOS-Kameras als Komplettpaket. Die Funktion der Kamera für die ´irdische´ Fotografie wird durch den Umbau nicht beeinträchtigt. Ganz im Gegenteil - durch die bessere Lichtdurchlässigkeit im Roten rauscht die Kamera dort beträchtlich weniger.



Nebenbei: Durch den Umbau wird ein eventuell bestehender Garantieanspruch nicht verwirkt!



Weitere Nachteile:



Wie bringe ich die Kamera ans Teleskop?
Wenn´s nicht so furchtbar einfach wäre, könnte man an dieser Stelle einen richtig langen Beitrag bringen. Aber dem ist nicht so. Man nehme einen einfachen Adapterring, den T2 Adapterring für CANON EOS Kameras (Abbildung links) und befestige diesen kameraseitig anstelle des Objektivs mit dem Bajonett-Anschluss. Teleskopseitig steht ein T2-Innengewinde zur Verfügung, das sehr weit verbreitet ist und daher einfach an das Teleskop angeschraubt wird. Noch Fragen?




Weit eleganter ist die Adaption der Kamera an das Teleskop mit dem TS-Rotationssysteme (Abbildung links), denn damit schlägt man gleich 2 Fliegen mit einer Klappe:
  1. Läßt sich die Kamera damit ´einnorden´. Die Aufnahme behält die natürliche Orientierung Norden oben, Osten links.
  2. Es läßt sich zur Reduzierung des Streulichts unseres aufgehellten Nachthimmels ein geeigneter 2"-UHC-S-Filter einbauen.


Durch die variable teleskopseitige Adaption (T-2 / SC) bringt man die Kamera leicht an so gut wie jedes Teleskop.




Rosettennebel im Einhorn

Fotografiert mit einer modifizierten EOS 300 an dem kleinen 70 / 420 Refraktor INED70 auf einer EQ5 ohne Nachführkontrolle, Belichtung: 128 x 30s @ ISO 800. Näheres zur Aufnahme auf der Seite NGC 2246, Rosettennebel.

Die Fotografie
Nach Optimierung und Adaption an das Teleskop wollen wir nun endlich auch mal ein tolles Astrofoto machen, so wie eins der Paradeobjekte unter den Gasnebeln, der Rosettennebel im Sternbild des Einhorn (MON, Abbildung). Doch nun beginnen die Tücken der Astrofotografie.



1. Scharf stellen (fokussieren)
Dazu muß das Himmelsobjekt erst mal scharf gestellt werden. Eine sehr gute Idee ist der Einsatz einer Scheinerblende zur präzisen Fokussierung, mit der der Fokus normalerweise sehr genau getroffen werden kann. Das ist äußerst wichtig für scharfe, kontrastreiche Bilder, die ´irdische´ Fotografie läßt grüßen, allerdings übernimmt diese schwierige Aufgabe die eingebaute Autofokuseinrichtung, die hier nicht verwendet werden kann. Wenn man das Livebild auf der Rückseite der Kamera stark vergrößern kann, wird man die bestmögliche Scharfstellung an einem hellen Stern sehr schön hinbekommen.

2. Belichtungszeit einstellen
Nun wird es knifflig! Denn die Einstellung der bestmöglichen Belichtungszeit ist die schwierigste ´Übung´ bei der Astrofotografie ganz allgemein. Belichtet man zu kurz, dann werden wichtige, lichtschwache Einzelheiten kaum zu erkennen sein, sie ´versumpfen´ im Kamerarauschen, sind aber rein informationstechnisch vorhanden und können durch Aufaddieren mehrerer Ablichtungen wiedergewonnen werden! Belichtet man zu lange, dann brennen helle Bildanteile aus, das heißt, die beteiligten Pixel werden gesättigt. Diese Bildanteile sind auch informationstechnisch tot, spätere Restaurierung ist damit unmöglich. Die bestmögliche Belichtungszeit hängt also sehr stark von der Helligkeit der hellsten Bildteile ab, die noch sauber dargestellt werden sollen.

3. Mehrere Aufnahmen machen!
Die Helligkeitsunterschiede bei astronomischen Objekten sind meist extrem! Ein heller Galaxienkern ist meist so um 10.000-mal heller als die lichtschwachen Außenbereiche. Mit nur einer einzigen Aufnahme bekommt man hier ein derbes Problem, man steht vor der schwierigen Entscheidung: Entweder den Galaxienkern hoffnungslos ausbrennen, dafür die lichtschwachen Außenbereiche zu zeigen. Oder auf letztere verzichten und dafür den Galaxienkern sauber darstellen. Also versuchen wir, es allen Lichtverhältnissen recht zu machen. Einige, so ca. 10 Aufnahmen werden so belichtet, daß die hellen Bildteile nicht ausbrennen. Dann wird die Belichtungszeit sukzessive gesteigert und jeweils so um die 4 Aufnahmen damit gemacht. Die Aufnahmen werden anschließend (oder am nächsten Tag / Wochenende) am Rechner auf eine geeignete Weise miteinander kombiniert. Wie geht, vermitteln unsere Workshops zum Thema astronomische Bildbearbeitung. Nebenbei verringert sich das Kamerarauschen durch das Kombinieren erheblich, so daß sich die lichtschwachen Bildanteile auf wundersame Weise aus dem Rauschen herausschälen.

Das Raw-Format
Einige DSLR bieten den Komfort, die Bilder zusätzlich im sogenannten RAW-Format abzuspeichern. Bei diesem Format handelt es sich um ein proprietäres Format, das aber mit geeigneten Programmen wie z.B. das freie Fitswork, dekodiert und dargestellt werden kann. Dieses Raw-Format besitzt gegenüber dem JPG-Format zwei unschätzbare Vorteile:
1. Es speichert das Bild mit 4096 Helligkeitsstufen (12 Bit) und zeigt dadurch eine 16-mal höhere Bilddynamik.
2. Es verhindert die bei JPG üblichen Verluste beim Komprimieren.

Damit wird die Kamera fit für das Anfertigen anspruchsvoller Astrofotografien, wie wir im folgenden sehen werden.

Betrachten wir dazu mal die im folgenden gezeigten Dunkelaufnahmen (Canon EOS 1000, 1 Minute @ ISO 100) etwas genauer:


Dunkelbild JPG-Format (*.jpg)

Hier wurde ein Dunkelbild aufgenommen, im JPG-Format abgespeichert und ein typischer Ausschnitt stark aufgehellt.

Das Kamerarauschen verschwindet völlig unter die "Nullinie". Informationen, die dort noch versteckt sein könnten, gehen unwiederbringlich verloren. Auch wenn man noch so viele Bilder addiert. Das Bild ist informationstechnisch mausetot.




Dunkelbild im RAW-Format (*.cr2)

Das selbe Dunkelbild wurde zusätzlich im RAW-Format abgespeichert, es ist also die exakt gleiche Ablichtung. Wieder wurde das Bild sehr stark aufgehellt, zeigt aber keinerlei Ähnlichkeiten mehr mit dem verunstalteten JPG.

Nun ist das Kamerarauschen und damit die Informationen, die in diesem noch enthalten sein könnten, noch vollständig erhalten. Schon nach wenigen Bildadditionen tauchen hier lichtschwache Bildanteile auf.


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Astrofotografie mit der Astrokamera:

Gekühlte Astrokameras sind speziell für die Ablichtung lichtschwacher Himmelsobjekte und damit für lange Belichtungszeiten ausgelegt. Lange Belichtungszeiten ziehen hohe Anforderungen an die Nachführgenauigkeit nach sich. Filtertechniken sorgen für gezielte Steigerung der Empfindlichkeit.


Mit speziell für die Astrofotografie konstruierten Kameras, den sogenannten Astrokameras, lassen sich Aufnahmen in der bestmöglichen Qualität anfertigen. Sie sind zur Zeit (Stand 2015) mit hochempfindlichen CCD-Chips ausgerüstet, deren Empfindlichkeit 30.000 ISO und höher entsprechen. Praktisch alle Geräte sind gekühlt und lösen das Bild mit 65.536 Helligkeitsstufen auf. Das entspricht dem derzeitigen Stand der Technik - mehr geht nicht. Es gibt diese Kameras mit sehr unterschiedlichen Chipgrößen, was auch letztlich auf den Preis niederschlägt. Von der Bildqualität her sind die Kameras untereinander jedoch ebenbürtig.

Das Bild wird sofort per USB zum Rechner übertragen und dort als 16-Bit FITS-Datei gespeichert. Die Dateigröße kann je nach Auflösung recht stattlich werden. Hier wäre eine USB3-Schnittstelle optimal, meist wird es aber eine USB2 sein, die immerhin auch noch 480 Mbit/s übertragen kann. Der empfangene Rechner sollte über eine schnelle Platte verfügen, idealerweise eine SSD.

Die Abbildung links zeigt die sehr empfehlenswerte Astrokamera Atik 4000 M mit quadratischem Chip, welcher das verfügbare Bildfeld der gängigen, preiswerten 1,25"-Filter gerade voll ausnutzt.




Baader Kupplung

Wie bringt man die Astrokamera ans Teleskop?
Die meisten Astrokameras sind bereits standardmäßig mit einem T-2 Innengewinde ausgestattet, dadurch lassen sie sich an die meisten Filterräder / Off-Axis-Guider einfach aufschrauben. Sehr praktisch ist das TS-Rotationssystem oder eine einfache Kupplung von Baader. Damit läßt sich die Kamera leicht vom Teleskop trennen, aber auch ´einnorden´ damit die natürliche Orientierung am Himmel - Norden oben, Osten links - schnell eingestellt werden kann.



Was darf man erwarten?

NGC3628 im Löwen visuell:
Für unsere Augen sind bei geringer Lichtstärke nur die Stäbchen zuständig, die etwa 95% der Gesamtfläche unserer Netzhaut ausmachen und damit praktisch alle Hell-Dunkel-Informationen liefern. Die restlichen 5% bilden die sogenannten Zäpfchen, diese liefern die Farbinformation, allerdings mit nur geringer Auflösung und Empfindlichkeit. Dieser Umstand wird beim weiter unten beschriebenen LRGB-Verfahren ausgenutzt. Der Wirkungsgrad unserer Stäbchen ist im Vergleich zu einem CCD-Chip mit ca. 30% eher bescheiden, hinzu kommt die kurze Integrationszeit von einigen 1/10s. Und deshalb wird man beim Blick durch das Okular an einem 10-Zoll-Teleskop nur Sterne ab ca. 14. Magnitude überhaupt wahrnehmen. Bei flächigen Objekten sorgt ein ausgeklügelter Algorithmus in unserem Gehirn dafür, daß wir diese deutlich besser wahrnehmen können. Aus den genannten Gründen sehen wir praktisch alle Himmelsobjekte nicht in Farbe.




NGC3628 im Löwen fotografisch:
Der etwas bessere Wirkungsgrad (=Quanteneffizienz) moderner CCD-Chips zusammen mit Integrationszeiten von bis zu einigen Stunden läßt eine Abbildungsqualität zu, wie sie mit unseren Augen nicht einmal ansatzweise möglich ist. Lichtschwache Sterne, Nebel und Galaxien können damit bis zu 1.600-mal (8 Magnituden) heller dargestellt werden. Sterne bis zur 22. Magnitude können mit dem gleichen Teleskop dargestellt werden wo das Auge gerade mal 14 Magnituden "schafft".

Beide Aufnahmen zeigen die Galaxie NGC 3628 im Löwen. Visuell ist nur der Galaxienkernbereich als schwaches Nebelchen wahrnehmbar, während fotografisch eine prächtige, strukturreiche Galaxie zum Vorschein kommt.



Fotografieren
Und schon kann´s losgehen. Kamera einschalten, und nach wenigen Sekunden zeigt sich auf dem Bildschirm das erste ´Livebild´. Das wird freilich noch kein APOD sein, denn es müssen noch ein paar Dinge beachtet werden.

Scharf stellen (Fokussieren)
Das geht Dank ´Livebild´ am Monitor noch recht einfach. Meist kann man um einen hellen Stern mit der Maus ein kleines Quadrat aufziehen und ein ´ROI´ eingeschaltet werden. Die Belichtungszeit sollte nur ca. 0,1 - 1s betragen. So werden die Bilder in sehr schneller Folge zum Rechner übertragen, und man kann nun in aller Ruhe perfekt scharf stellen. Doch nun kommt der schwierige Teil!

Belichtungszeit einstellen
Die ideale Belichtungszeit hängt bei hellen ´Motiven´ prinzipiell von der Helligkeit der hellsten Bildanteile ab. Das ´Paradeobjekt´, der Andromedanebel M31 besitzt einen sehr hellen Kern, der bereits nach relativ kurzer Belichtungszeit die beteiligten Pixel sättigt. Bei diesem hellen Objekt ist die Belichtungszeit also soweit zu verringern, bis diese häßlichen Sättigungsartefakte (´Ausbrennen´) ausbleiben. Soweit ist das alles noch ganz einfach, auch wenn wir bei M31 trotzdem nicht ganz um das ´Stacken´ herumkommen. Doch wie belichten, wenn man lichtschwächere Himmelsobjekte ablichten möchte? Das ist dann nicht mehr so trivial, und deshalb müssen wir hier ein wenig ausholen:

• Rauscheigenschaften gekühlter Astrokameras
Das Bildrauschen guter Astrokameras kann man grob in zwei Komponenten einteilen: Das Ausleserauschen und das Chiprauschen. Letzteres wird aber durch die Kühlung des Chips um 20-30° unter die Umgebungstemperatur fast vollständig unterdrückt, so daß als bestimmende Komponente nur noch das Ausleserauschen übrig bleibt. Und dieses Rauschen ist praktisch völlig unabhängig von der Belichtungszeit! Dadurch ist man versucht, die Belichtungszeit in schwindelerregende Höhen zu treiben um extrem lichtschwache Gestirne noch darstellen zu können. Doch das ist äußerst ungut, wie wir im folgenden sehen werden.

• Photonenrauschen
Moderne Astrokameras sind derart empfindlich, daß der nicht dunkle Nachthimmel nun zum Problem wird. Der gesamte Bildhintergrund wird bereits nach 1 Minute Belichtungszeit (@ Blende 4) deutlich aufgehellt. Durch den Welle-Teilchen-Dualismus des Lichts verteilen sich dessen Photonen leider nicht gleichmäßig auf die Chipfläche, sondern statistisch. Und das äußert sich als Rauschen - das Photonenrauschen. Je nach verwendeter Blende (reziprokes Öffnungsverhältnis) und der ´Nachthimmelsqualität´ dominiert das Photonenrauschen bereits nach 30s - 5 Minuten, so daß eine weitere Steigerung der Belichtungszeit nicht sinnvoll ist. Eine ausführliche Abhandlung dieser Zusammenhänge läßt sich auf der Seite ´Belichtung mit der Astrokamera´ nachlesen.

• Belichtungszeit aufteilen
30s Belichtungszeit für DeepSky - das ist doch viel zu wenig! Stimmt! Lichtschwache DSO verlangen nach Belichtungszeiten, die in die Größenordnung von einigen Stunden kommen können. Man liest es ja immer wieder. Doch kein erfahrener Astrofotograf wird die erforderliche Belichtungszeit ´am Stück´ belichten, denn dann wird der aufgehellte Nachthimmel jedes Kamerapixel sättigen. Um auf die nötige Belichtungszeit zu kommen, müssen entsprechend viele dieser verhältnismäßig kurz belichteten Aufnahmen gemacht werden. Diese werden dann hinterher am Rechner addiert (´gestackt´). Diese Methode hat auch noch weitere Vorteile:
1. Durch Windböen oder kurzzeitig starkes Seeing verunstaltete Bilder können vor dem Addieren aussortiert werden.
2. Der Dynamikumfang der Aufnahme steigt linear mit der Anzahl der Additionen an.
Ergebnis dieser Aufnahmeserie ist ein sogenanntes Summenbild mit einer unglaublichen Tiefe und Detailreichtum. Nebenbei wird das überwiegend aus Photonenrauschen bestehende Gesamtrauschen sehr wirkungsvoll abgeschwächt.



Farbkamera oder Schwarz-Weiß-Kamera?

Nicht selten wird über das Für oder Wider farbiger oder monochromer Kameras diskutiert. Die einen möchten schnell ein ´Pretty Picture´ sehen und sprechen sich daher für eine Farbkamera aus. Gewiß - der Aufwand für ein Farbbild mit einer Schwarz/Weiß-Kamera ist ungleich höher, denn man muß mit 3 (RGB) oder sogar 4 (LRGB) Filtern hantieren und für jeden Filter eine eigene Aufnahmeserie machen. Das schreckt viele Einsteiger ab. Die Befürworter monochromer Kameras weisen darauf hin, daß man mit monochromen Kameras eine weit bessere Auflösung und außerdem eine 3-mal höhere Empfindlichkeit zur Verfügung hat. Die ´Profis´ möchten auch gerne mit Schmalbandfiltern (Abbildung links: Hα-Filter, Baader) ´arbeiten´, was nur mit monochromen Kameras sinnvoll ist. Solche Filter blenden das irdische Streulicht nahezu vollständig aus und lassen nur das Licht einzelner Spektrallinien angeregter Gase durch, wie sie für Emissionsnebel und Planetarische Nebel typisch sind. Dadurch läßt sich die Belichtungszeit einer einzelnen Aufnahme gewaltig - um das bis zu 40-fache - steigern.



Die Nachführung / Guiding
Wenn wir, sagen wir mal, 1 Minute belichten, dann muß man sich über eins im klaren sein: Während dieser Zeit muß das Teleskop hochgenau der scheinbaren Bewegung der Gestirne am Himmel folgen. Was bedeutet hochgenau? Nehmen wir mal nur eine moderate Brennweite von ca. 1.000mm an (viel mehr ist bei unserem Seeing meist ohnehin nicht sinnvoll) und betrachten den Abbildungsmaßstab eines einzelnen Pixels. Dieser wird dann üblicherweise bei ca. 1,5"/Pixel landen. Und das heißt, daß die Abweichung in der Nachführung eine Minute lang den Wert von 1,5" nicht einmal erreichen darf, denn sonst kommt es zu Bewegungsunschärfen (´Verwackeln´), die sich sofort als ´längliche Sternchen´ äußern. Das Thema Guiding ist allerdings so komplex, daß man es nicht mal schnell in einem Absatz abhandeln kann. Der interessierte Leser möge sich auf der Seite ´Das hochgenaue Nachführen´ über die Einzelheiten näher informieren.

Farbbilder mit der monochromen Kamera (LRGB-Verfahren)
Ein recht aufwendiges Verfahren, aus mehreren monochromen Bildern ein Farbbild anzufertigen, ist das sogenannte LRGB-Verfahren. Es ist aber gleichzeitig das mit Abstand leistungsfähigste Verfahren und wird daher von allen ernsthaften Astrofotografen angewendet, denn es liefert am Ende die bestmöglichste Abbildungsqualität.

Was bedeutet LRGB?
Es ist ein Komposit aus einer Luminanzaufnahme (durch ein ´normalen´ UV/IR-Sperrfilter) über den gesamten sichtbaren Spektralbereich und den Farbinformationen, die jeweils mit vorgeschaltetem Rot- Grün- und Blaufilter gewonnen werden. Da die Farbbilder nur die reinen Farbinformationen tragen, müssen sie nicht hochauflösend dargestellt werden, sie können also gebinnt aufgenommen werden. Informationsträger für Helligkeit und scharfe Details liefert die Luminanzaufnahme, die selbstverständlich ungebinnt aufgenommen werden sollte. Die Summenbilder aller 4 Aufnahmeserien lassen sich durch geeignete Bildbearbeitungssoftware am Rechner zu einem Farbbild zusammenfügen.


Tipp:
Als sehr praktisch hat sich bei der Aufnahme solcher LRGB´s ein solches motorisiertes Filterrad (Abbildung links) erwiesen. Einmal sind solche Filterräder völlig lichtdicht, so daß kein Streulicht in die Kamera geraten kann. Das kann besonders auf Balkonsternwarten mit beleuchtungsfreudiger Nachbarschaft ein großer Vorteil sein, wenn länger belichtet werden soll. Und zum anderen lassen sich die einzelnen Filter damit praktisch vibrationsfrei wechseln. Dadurch wird ein eventuell eingesetzter Autoguider bei seiner ´Arbeit´ nicht gestört, und der Leitstern bleibt immer schön auf dem Fadenkreuz und muß nicht jedesmal neu eingestellt werden. Aufpassen bei Teleskopen mit wenig Backfokus, z.B. Newtons oder Refraktoren, bei diesen Geräten kommt man durch die Verlagerung der Kamera nach hinten (ca. 20mm) unter Umständen nicht mehr in den Fokus.


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Das Guiden:

Gute Astroaufnahmen mit langer Belichtungszeit machen eine hochgenaue Nachführung unerläßlich. Selbst gute Montierungen können das wegen des unvermeidlichen Schneckenfehlers nicht leisten. Es gibt mehrere bewährte Methoden eine ausreichend hohe Nachführgenauigkeit zu erreichen, wie in diesem Beitrag erläutert.

Das Guiding - neudeutscher Ausdruck für Nachführkontrolle und -korrektur hat die Aufgabe, der scheinbaren Sternbewegung am Himmel möglichst präzise zu folgen. Dabei sind Abweichungen von weniger als +/- 1" während einer Belichtungszeit von 0,5 - 10 Minuten anzustreben. Keine ganz leichte Aufgabe!


Vorüberlegungen:
Wenn das Fotografieren lichtschwacher DSO beabsichtigt ist, kommt man schnell zu Belichtungszeiten, die in den Bereich von einigen Stunden kommen können. Denn die Informationsträger, die wir von lichtschwachen DSO bekommen, die Photonen, müssen regelrecht ´gesammelt´ werden. Und daran kann auch eine noch so empfindliche Kamera nichts ändern, sie kann nur möglichst viele Photonen in Ladungsträger verwandeln. Und das tun die meisten auch.

Sicherlich wird man nicht bestrebt sein, die erforderliche Belichtungszeit ´am Stück´ zu belichten, das wäre auch im Hinblick auf das durch irdisches Streulicht verursachte Photonenrauschen nicht sehr sinnvoll. In der Praxis wird man die erforderliche Gesamtbelichtungszeit in sinnvoll große ´Häppchen´ aufteilen. Doch selbst diese können je nach Kameratyp, Öffnung, Brennweite, Himmelsqualität und Abbildungsmaßstab immer noch grob zwischen 30s und 10 min variieren. Hier wird also schon klar, daß das Teleskop während dieser Zeit hochgenau und völlig ohne Ruckeln auf das zu fotografierende Objekt ´zielen´ muß, da es sonst zu Bewegungsunschärfen kommt, wie wir es auch bei der ganz ´normalen´ irdischen Fotografie kennen, wenn wir die Kamera beim Belichten nicht ruhig genug halten.


Methoden:
Grundsätzlich werden zwei optische Wege benötigt, einer für das ´Vollbild´, das aufgenommen werden soll und einer für ein ´Referenzobjekt´, das als Orientierung dient und auf das exakt nachgeführt wird. Dieses Referenzobjekt nennt man Leitstern, also ein möglichst heller Stern in der Nähe des zu fotografierenden DSO.


Doppelbefestigung für Leitrohr / Leitrohr:
Ein zweites, kleineres Fernrohr wird parallel zur Primäroptik montiert. Eine mögliche Variante ist die links gezeigte Doppelbefestigung. So ein Leitrohr ist also kein bestimmter Teleskoptyp, sondern eine möglichst leichte, langbrennweitige Optik. Das kann (und wird in den meisten Fällen) auch ein ´alt-ehrwürdiges´ Einsteigerfernrohr aus den spannenden Tagen nach dem Einstieg in die Amateurastronomie sein. Ideal wäre ein langbrennweitiger Refraktor vom Typ Fraunhofer oder ein kompakter Maksutov.

Warum langbrennweitig?

Dadurch ist die Vergrößerung des Leitsterns bei gegebener Okularbrennweite bzw. Pixelabstand auf dem Chip der Sekundärkamera größer, und die Abweichung des Leitsterns von seiner Sollposition kann dadurch besser gesehen bzw. gemessen werden.


Vorteile eines Leitrohrs:
Generell hat man mit einem Leitrohr eine deutlich größere Auswahl an guten Leitsternen.

Nachteil:
Die Anforderungen an die Stabilität der Leitrohrmontage ist ziemlich extrem. Kleinste Abweichungen während der Belichtungszeit verderben die Aufnahme. Bei Belichtungszeiten oberhalb von 30-60 Minuten (bei Schmalbandaufnahmen häufig) kommt man dann meist an die Systemgrenze. Gleiches gilt für hohe Aufnahmebrennweiten.



Off-Axis-Guider (OAG):
Einen ganz anderen Weg geht diese Methode. Dem Randbereich des Strahlengangs wird mittels Prisma ein kleiner Teil entnommen und seitlich herausgelenkt. Da dieses Licht ohnehin nicht nicht auf den Chip der Aufnahmekamera fallen würde, kann man dieses auf diese elegante Weise nutzen. Meist wird man das Prisma um 360° drehen können, so daß für die Leitsternsuche ein ringförmiger Bereich mit Radien von ganz grob 20´ - 30´ von der Bildfeldmitte in Frage kommt. Ein gutes, bewährtes Beispiel ist der links abgebildete Radial-Guider von Celestron mit ca. 27_mm optischer Weglänge und verkippbarem Ablenkprisma.



Für Teleskope mit ausreichendem Backfokus vom Typ Schmidt-Cassegrain, Maksutov und Ritchie-Crétien ist ein solcher stabiler OAG ideal, da sehr komfortabel in der Handhabung.


Off-Axis-Guider, extrem kurzbauend
Für Teleskope mit geringem Backfokus gibt es extrem kurzbauende Off-Axis-Guider mit nur 9_mm optischem Weg. Besonders die lichtstarken Newtons profitieren hiervon, da hier der knappe Backfokus oft schon durch Filterräder, Korrektoren, Rotationssysteme etc. "vorbelastet" ist. Das Prisma dieses OAG läßt sich in seiner Tiefe verstellen, was den verfügbaren Bereich zur Leitsternsuche deutlich erhöht.



Vorteil OAG:
Es wird stets durch die Primäroptik nachgeführt, dadurch kann es zu keinerlei geometrischen Abweichungen kommen. Ein Leitrohr kann entfallen.

Nachteile OAG:
Der Bereich zur Leitsternsuche ist eingeschränkt. Der seitlich abgelenkte Strahlengang ist sehr dünn (je nach Bauart so um 5-8mm), was meist zu einer starken Vignettierung führt. Das kostet ´Leitsternlicht´, besonders dann, wenn der Leitstern nicht in der Mitte des ausgeleuchteten Bildfelds positioniert werden kann. Dies wird aber meist durch die größere Öffnung der Aufnahmeoptik ausgeglichen.


Scharfstellung von Kamera und Autoguider mit Off Axis Guider, Praxistipp von Teleskop-Service

Gerade in Zeiten hochauflösender Kameras wird die Notwendigkeit von Off Axis Guiding immer dringlicher. Leitrohre bieten zwar mehr Komfort aber sie sind auch eine Fehlerquelle, weil sich das Aufnahme- und Nachführteleskop auch gegeneinander verstellen können.

Das Arbeiten mit Off Axis macht aber nur Sinn, wenn mit Autoguider gearbeitet wird. Es geht hier um die oft sehr unkomfortable Einblickposition, die ein Nachführen mit Fadenkreuzokular zur Tortur macht. Allerding sind bis zum Start der ersten Aufnahme ein paar Schritte zu beachten:

Schritt 1 ... Die Aufnahmekamera muß im korrekten Abstand zum Korrektor sein:

Zu diesem Zweck muß die genaue Baulänge des Off Axis Guiders und natürlich auch aller anderen Bauteile bekannt sein. Auch das Auflagemaß der Kamera (Abstand vom Anschlussgewinde oder Bajonett zum Chip) muß bekannt sein. Typische DSLR Kameras, wie Canon EOS haben zum Beispiel immer 45_mm Abstand vom Bajonett zum Chip. Ein T2 Ring hat 10mm. So kommen die bekannten 55mm Abstand zustande.

Schritt 2 ... Die Positionierung des Off Axis Guiders:

Der OAG muß immer gleich hinter dem Korrektor positioniert sein, falls einer verwendet wird. Vom Fernrohr aus gesehen ist die Reihenfolge immer:
♦ Korrektor (falls einer verwendet wird)
♦ Off Axis Guider
♦ Filterschublade oder Filterrad (falls eines verwendet wird)
♦ Kamera

Schritt 3 ... Die Abstimmung der Fokus Abstände:

Das ist der kniffligste Part der ganzen Sache denn der Chip der Guiding Kamera muß ja genau im gleichen Fokus sein, wie der Chip der Aufnahmekamera. Das Prisma des Off Axis Guiders ist der Schlüssel. Natürlich müssen Sie auch das Auflagemaß Ihres Autoguiders wissen.

♦ montieren Sie den kompletten Filter und OAG Aufbau zusammen
♦ messen Sie mit einem genauen Lineal den Abstand vom Prisma des OAG (nehmen Sie die
Prismenmitte) zum Anschlussadapter für die Kamera und rechnen Sie das Auflagemaß
der Aufnahmekamera noch dazu. Dieser Abstand ist wichtig.
♦ versuchen Sie nun, mit geeigneten Adaptern den Chip der Guiding Kamera genau in den
gleichen Abstand zu bekommen. Das Verstellen der Guiding Kamera kann durch geeignete
Adapter oder am OAG selbst erfolgen.

Nun haben Sie bereits den groben Abstand eingestellt. Das Feintuning erfolgt dann am Fernrohr. Es muß nicht unbedingt am Stern passieren, es genügt auch ein kontrastreiches Objekt unter Tage (Kirchturm oder Antennenmast).

Stellen Sie die Aufnahmekamera scharf. Wenn Sie die Vorbereitung genau gemacht haben, werden Sie auch bereits in der Guiding Kamera ein mehr oder weniger scharfes Bild erkennen. Sie sollten durch Verstellen des Fernrohres das Motiv auf den Chip des Autoguiders bringen, weil ja der Autoguider nicht das gleiche Bild zeigt, wir die Aufnahmekamera, sondern einen Bereich knapp außerhalb des Aufnahmefeldes.

Danach versuchen Sie, durch Verstellen des Abstandes Autoguider / Prisma des OAG den Autoguider scharfzustellen. Wenn das geschafft ist, steht einem erfolgreichen Einsatz nichts mehr im Wege.

Autoguider Empfehlungen von Teleskop Service

Aufgrund des relativ kleinen Himmelsausschnittes empfehlen wir Autoguider mit hoher Empfindlichkeit, die die Leitsternsuche überflüssig machen und immer einen Leitstern zeigen, auch bei kleineren Öffnungen. Folgende Autoguider erfüllen diese Kriterien:

Moravian G0-0300 ... ultraleichter Autoguider - Computer wird benötigt

Starlight Lodestar ... ultraleichter Autoguider - Computer wird benötigt
Link zum Starlight Lodestar

Lacerta M-Gen ... stand alone Autoguider - kein Computer wird benötigt

Wir wünschen Ihnen viel Erfolg
Herzliche Grüße
Wolfi Ransburg


Leitstern:
Um die Auswirkungen einer eventuell noch vorhandenen Bildfelddrehung möglichst gering zu halten, sollte stets ein Leitstern gewählt werden, der sich in möglichst geringer Entfernung von der Bildmitte der Fotografie befindet. Auf diesen nicht zu hektisch nachführen, denn auch ein perfekt scharf gestellter Leitstern ist nicht ganz rund und zappelt auch bei perfekter Nachführung in alle Richtungen hin und her. Besonders dann, wenn die Vergrößerung - wie empfohlen - hoch ist. Ursache ist das Seeing. Bei der Nachführkontrolle sollte man tunlichst vermeiden, diesen schnellen Bewegungen folgen zu wollen. Das Seeing wird die Schärfe der Aufnahme mehr oder weniger stark beeinträchtigen, das ist unvermeidbar, wenn man aus Kostengründen auf eine adaptive Optik verzichten muß ;=}


Manuell nachführen
Mittels Fadenkreuzokular (Abb. links) im OAZ des Off-Axis-Guiders oder des Leitrohrs wird ein möglichst heller Leitstern anvisiert. Ein beleuchtetes, doppeltes Fadenkreuz, das in diesem Spezialokular eingeblendet werden kann, ist da sehr hilfreich, denn der Leitstern kann hier schön in die Mitte positioniert werden. Dieser wird aufgrund des unvermeidlichen Schneckenfehlers während der Belichtungszeit immer wieder mal ´ausbüchsen´ wollen. Mit den Richtungstasten auf der Handsteuerbox der Montierung muß dieser Leitstern dann so schnell und genau wie möglich auf seine Sollposition ´zurückgeschubst´ werden. Jetzt wird auch klar, daß eine hohe Vergrößerung vorteilhaft ist, denn so kann der ´Fluchtversuch´ des Leitsterns rechtzeitig erkannt werden.

Man kann sich leicht vorstellen, daß diese manuelle Nachführkontrolle eine anstrengende Angelegenheit werden kann, besonders dann, wenn die Belichtungszeit lang und die Nacht kalt ist. Und ein hohes Maß an Können voraussetzt!




Tipp:
Beim Nachführen sollte eine Achse des Fadenkreuzes genau parallel zur Verstellung in Rektaszension orientiert sein. Dazu mit der Handsteuerbox mit mittlerer Geschwindigkeit die Sterne in Rektaszension hin- und her bewegen. Das Fadenkreuz dann so lange in der Halterung verdrehen, bis die Sterne parallel zu einem der beiden Doppelfäden laufen. Dadurch erkennt man beim Nachführen sofort, ob in der Rektaszension oder Deklination korrigiert werden muß.

Kurz - diese Methode erleichtert den Druck auf die richtigen Knöpfe ungemein. Auch beim weiter unten beschriebenen Autoguiden ist das Ausrichten sehr vorteilhaft.




Autoguiden - die automatisierte Präzisionsnachführung
Hier wird das Fadenkreuzokular durch eine geeignete Nachführkamera ersetzt. Bereits eine mit einem Schwarz/Weiß-Chip ausgerüstete Webcam ist bereits genauso empfindlich wie das Auge. Eine gute, schnelle CCD-Kamera vom Typ DMK (Abb. links) ist hier optimal, denn ihre Belichtungszeit läßt sich auf 1-2 Sekunden einstellen, was zum Autoguiden noch schnell genug ist und andererseits die Lichtempfindlichkeit unserer Augen weit übertrifft. Eine spezielle Software, Guide Dog und PHD-Guiding sind da sehr empfehlenswert, vergleicht die Ist-Position des Leitsterns mit der einmal eingestellten Sollposition und errechnet daraus etwa alle 1-2 Sekunden einen präzisen Korrekturimpuls, den es zur Teleskopsteuerung schickt. Es handelt sich also um einen geschlossenen Regelkreis.

Da sich das Licht eines jeden (Leit-)Sterns stets auf mehrere Pixel verteilt, kann man einen Helligkeitsschwerpunkt bestimmen und damit die exakte Position des Leitsterns mit Subpixelgenauigkeit interpolieren. Die Meßgenauigkeit erhöht sich mit dieser Methode erheblich. Ein Positionierungsfehler, der ja für jede Art von aktiver Regelung erforderlich ist, kann damit so klein gehalten werden, daß er für die Aufnahme irrelevant wird.



Autoguider und PEC
Viele Steuerungen moderner Montierungen verfügen über ein sogenanntes PEC. Das sorgt im Zusammenhang mit dem Autoguider für einige Verwirrung, so daß vielfach die völlig falsche Vermutung geäußert wird, daß PEC den Regelkreis eines Autoguiders stören könnte. Aus technischer Sicht haben wir es bei PEC mit einer Steuerung und nicht mit einer Regelung zu tun. Vereinfacht ausgedrückt ´gaukelt´ ein gut trainiertes PEC dem Regelkreis Autoguider eine (fast) perfekt laufende Montierung vor, so daß sich der Autoguider nur noch um kleine Restfehler ´kümmern´ muß. Die Präzision der Nachführung wird mit eingeschaltetem PEC erheblich gesteigert, sofern dieses gut trainiert ist. Man kann übrigens auch während des Guidens PEC trainieren (Einstellung: ´Update´).

Bildfelddrehung
Die Polarachse einer Montierung muß sehr genau auf den Himmelspol ausgerichtet werden, da es sonst zu einer mehr oder weniger starken Bildfelddrehung kommt. Eine geringe Bildfelddrehung von nur einigen ´/h wäre bei Belichtungszeiten von nur wenigen Minuten noch nicht weiter tragisch, sofern sich der Leitstern in nur geringer Entfernung von der Bildmitte befindet. Bei langen Belichtungszeiten, z.B. bei tiefen Aufnahmen mit Schmalbandfiltern können da mal ganz schnell 30 Minuten zusammenkommen, ist eine solche Bildfelddrehung bereits sehr nachteilig. Verschärft wird das Problem, wenn im Leitrohr ein von der Bildmitte weit entfernter Leitstern zur Nachführkontrolle herangezogen wird. Dieser Effekt wird häufig mit einer unzureichend stabilen Montierung des Leitrohrs verwechselt.


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Reinigung:

Die Reinigung von Teleskop-Optiken sollte erst erfolgen, wenn der Schmutz beginnt, die optischen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Es gibt viele Substanzen, die eine Teleskopoptik verschmutzen kann, jede von ihnen erfordert eine besondere Reinigungsmethode.

Um Mißverständnissen vorzubeugen: Reinigung von optischen Bauteilen ist nicht gleichzusetzen mit der Jagd nach jedem Staubkorn. Es gibt keinen Anhaltspunkt dafür, daß ein paar lose verstreute Staubteilchen die Leistungsfähigkeit der Optik in irgendeiner Weise beeinträchtigt. Die Reinigung sollte also erst dann erfolgen, wenn der Schmutz nicht mehr zu übersehen ist.

Staub und Fusseln (organisch):
Es gibt verschiedene Substanzen, die sich gerne auf optischen Flächen niederlassen. Gutartig sind Staubteilchen aus organischen Fasern, die sich leicht mit einem weichen Pinsel entfernen lassen. Zuerst sollte aber noch eine noch schonendere Methode ausprobiert werden, das Abblasen mit einem Blasebalg. Niemals versuchen den Staub einfach wegzupusten, denn damit gelangen feine Speicheltröpfchen auf die optische Oberfläche, die nur schwer wieder entfernt werden können.


Sehr praktisch: Der Linsenreinigungsstift (Abbildung links) hat einen ausfahrbaren, sehr weichen Kamelhaarpinsel. Am anderen Ende befindet sich ein Reinigungsstift aus Filz, mit dem kleine Flächen, z.B. die Linsen eines Okulars schonend gereinigt werden können.




Staubkörnchen (anorganisch):
Weniger ´pflegeleicht´ sind Staubkörnchen aus mineralischen Substanzen, etwa feiner Sand. Diese darf man nicht einfach mit einem Tuch herunterreiben, da sie die optischen Oberflächen verkratzen können und auch die meist vorhandene Vergütung beschädigen. Hier sollte unbedingt zunächst mit einem Blasebalg gereinigt werden. Sehr feine Körnchen können auch sehr vorsichtig mit einem weichen Pinsel entfernt werden.



Pollen:
Im Frühling kommen die Pollen und sorgen nicht nur bei Heuschnupfenpatienten für allergische Reaktionen. Die feinen Körnchen, meist von intensiv gelber Farbe, sind zwar sehr weich aber leider auch sehr klebrig. Sie einfach fortzuwischen hinterläßt unschöne ´Bremsspuren´, die sich nur schwer beseitigen lassen. Zuerst sollte man versuchen, diese Körnchen mit einem Blasebalg zu beseitigen. Das wird allerdings nur zum Teil gelingen. Anschließend sehr vorsichtig mit einem weichen Pinsel ´arbeiten´ - danach sind die meisten Pollen entfernt. Ein kleiner Rest der klebrigen Substanz wird aber immer noch zurückbleiben, dieser muß wie im nächsten Absatz beschrieben, entfernt werden.


Fettartige oder klebrige Verschmutzung:
Auch wenn man noch so vorsichtig ist - optische Flächen üben eine geradezu magische Anziehungskraft auf die Oberfläche unserer Fingerspitzen aus. Und schon lacht uns ein prächtiger Fingerabdruck als deutlich sichtbares Beweismittel der Allgemeingültigkeit dieser These entgegen. Dieser besteht aus einer klebrigen, fettartigen Substanz, die nur schwer zu entfernen ist. Glücklicherweise gibt es seit einiger Zeit eine ganz spezielle Reinigungsflüssigkeit für vergütete optische Oberflächen (Abbildung links).

Diese unter dem etwas reißerischen Namen ´Optical Wonder´ angebotene Flüssigkeit besteht aus Isopropanol als Grundsubstanz, was man leicht am ´sterilen´ Geruch erkennt. Über die weiteren Zutaten schweigt sich der Hersteller aus verständlichen Gründen aus. Egal - dieser Flüssigreiniger ´arbeitet´ unglaublich effizient! Je nach Verschmutzungsgrad eignen sich die beiden folgenden Methoden:



Spülen
Grob verschmutzte Flächen direkt einsprühen bis diese vollständig mit dieser Flüssigkeit benetzt ist. Mit einem Blasebalg diesen Flüssigkeitsfilm dann auf eine Seite pusten und abtropfen lassen. Den weitaus meisten Schmutz hat dieser Flüssigreiniger dann bereits mitgenommen, der Rest trocknet relativ schnell und vor allem rückstandsfrei. Vorsicht bei Okularen, Barlowlinsen, Reducern und anderen mehrlinsigen Konstruktionen!!! Die Flüssigkeit kann in das Innere kriechen und sich als ´Tau´ an den inneren Linsenflächen niederschlagen - sehr unangenehm! Wenn im schlimmsten Fall auch noch anorganische Körnchen mit ´Schmirgelpotential´ dabei sind, dann ist die Spülmethode jedoch die einzige Möglichkeit, Kratzer beim Reinigen zu vermeiden.


Wischen - die meisten Smartphonebesitzer werden diese Methode kennen ;=}
Bei nur eher geringem Verschmutzungsgrad eignet sich diese Methode sehr gut, wenn sichergestellt ist, daß sich keine harten, anorganischen Körnchen in dem Schmutz befinden. Hier hat sich das außerordentlich weiche Mikrofaser Reinigungstuch von Baader (Abbildung links) als besonders effektiv erwiesen. Dieses mit der im letzten Absatz beschriebenen Reinigungsflüssigkeit sehr leicht einsprühen (das Tuch sollte nur ganz leicht feucht sein) und die verschmuzten Stellen damit vorsichtig behandeln. Dabei darauf achten, nur mit sehr leichtem Druck zu wischen um die Vergütung zu schonen.



Reinigung von Teleskopspiegeln:
Offene Systeme wie Newtons und Schiefspiegler sind anfällig für die Verschmutzung des Haupt- und Fangspiegels. Auch hier kann man einige verstreute Staubteilchen getrost ignorieren. Ästheten werden ab und zu mit einem Blasebalg für Ordnung und Sauberkeit sorgen, das ist auch nicht weiter schlimm. Doch spätestens dann, wenn die Gesamtmasse der Schmutzteilchen maßgeblich am Gesamtgewicht des Spiegels beteiligt ist, sollte über eine gründliche Reinigung nachgedacht werden, denn das kostet Licht, Schärfe und Kontrast. Die ´Wischmethode´ ist bei den empfindlichen Spiegeln tabu. Den groben Schmutz also erst mal mit einem Blasebalg so gut es geht entfernen. Meist wird der Spiegel dann wieder anständig spiegeln. Die klebrigen Pollen lassen sich von den Windgeschwindigkeiten, die mit einem Blasebalg erzeugt werden können, nicht großartig beeindrucken. Hier bleibt nur noch die oben beschriebene ´Spülmethode´ übrig.

Fazit:
Die Reinigung ist immer das Mittel der zweiten Wahl und sollte erst dann in Betracht gezogen werden, wenn die optische Leistungsfähigkeit langsam beeinträchtigt wird. Die beste ´Reinigungsmethode´ ist die, den Schmutz erst gar nicht an die Optik gelangen zu lassen. Okulare, Barlows, Reducer und Filter gehören zur Aufbewahrung stets in die dafür vorgesehenen Schutzbehälter. Objektive, Spiegel und Schmidt-Platten sollten gleich nach der Beobachtung bzw. Fotografie mit den entsprechenden Kappen / Deckeln abgedeckt werden.


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Beispiele unseres Sterntests:

Wie man welchen optischen Fehler anhand eines Sterntests erkennen kann, soll der nun folgeden Beitrag zeigen.

TS Newton 200mm Öffnung / 1200mm Brennweite
Andreas Murner - optische Bank von Teleskop-Service


Aufnahme intrafokalAufnahme extrafokal
intrafokalextrafokal

Beide unscharfe Sternabbildungen sind relativ rund, daher hat die Optik keine Verspannung. Allerdings erkennt man eine geringe Dekollimation, daher kommt auch eine leichte ovale Verformung. Die Optik hat, wie die Fokalaufnahme zeigt, keinen Astigmatismus und die Dekollimation sieht man nur auf den unscharfen Aufnahmen. Dies zeigt wiederrum, wie empfindlich gerade dieser Test ist.



Die Aufnahme links zeigt hingegen ein perfekt kollimiertes Fernohr - in diesem Fall einen Maksutov Newton mit 150mm Öffnung.
Der runde Fleck in der Mitte ist der Fangspiegel und die vertikalen Linien stammen von der Fangspiegelhalterung. Der Fangspiegel ist auf zwei Spinnenarmen aufgehängt.
Die extra- und intrafokale Aufnahme weist auch keine nennenswerten Unterschiede auf. Daher ist auch keine störende sphärische Aberation (Unterkorrektur oder Überkorrektur) des Spiegels zu erwarten.
Die einzelnen Beugungsringe sind sichtbar und nicht zu einer einheitlichen Fläche verschmiert. Man kann also sagen, daß die Optik glatt ist und dadurch auch einen guten Kontrast bringt.

Weiter unten finden Sie eine Anleitung, wie man anhand der Beugungsscheiben die Fehler einer Optik erkennen kann.



Aufnahme fokal bei 300fach
Die fokale Aufnahme bestätigt eine schöne runde Sternscheibe. Der erste Beugungsring ist erkennbar - keine Auffälligkeiten - Die minimale Dekollimation wirkt sich hier im Fokus nicht aus - bei lichtstärkeren Optiken würde man allerdings die Dekollimation sehen.






Ronchi Aufnahme
Die Ronchi Aufnahme bestätigt die vorherigen Tests - keine Auffälligkeiten - die Linien sind schön gerade.




Die Fehlerbilder

AuffälligkeitBildFehler
Sternscheibchen sind oval

Von intrafokal zu extrafokal um 90° versetzt

Astigmatismus
bei stärkerem Astigmatismus verformt sich Beugungsscheibchen im Fokus zu einer kreuzförmigen Struktur, die auch am Bild schon zu erahnen ist.

Bereits jetzt sieht man das Oval - die Längsachse ist vertikal.

Die Ringe sind nicht konzentrisch

Auf einer Seite ist die Leuchtdichte höher

KomafehlerKoma
im Fokus haben die Sterne leichte Kometenschweife.

Meist ist dieser Fehler eine Folge schlechter Justage der Optik und damit leicht zu beheben. Wenn aber Linsen einen Keilfehler haben oder auch schief im Strahlengang sitzen, tritt dieser Effekt auch bei perfekter Kollimation auf.

Die Abbildungen sehen unterschiedlich aus

Auf der einen Seite verwaschen, auf der anderen Seite scharf abgegrenzt.

Sphärische Abberation extrafokalSphärische Aberation
die Randbereiche des Spiegels haben eine andere Schärfeebene, als die zentralen Bereiche.

Der Fehler ist konzentrisch und tritt nicht sehr störend in Erscheinung. Trotzdem beeiträchtigt die sphärische Aberation Kontrast und Schärfe. Besonders Instrumente, die für Mond- und Planetenbeobachtung eingesetzt werden, sollten keine stark unterschiedlichen Abbildungen auf beiden Seiten des Fokus haben.

Absolut identisch sind die Abbildungen aber in der Prexis sehr selten. Minimale Unterschiede sind kaum zu vermeiden.

Die Abbildungen sehen unterschiedlich aus

Auf der einen Seite ist der äußere hellere Ring weg, auf der anderen Seite ist er sehr gut sichtbar

Abgesunkene Kante Abgesunkene Kante extrafokalAbgesunkene Kante
tritt oft bei Newtons auf.

Besonders bei der Planetenbeobachtung ist er sehr störend, da durch diesen Fehler der Kontrast stark verringert wird. Er ist aber sehr leicht durch eine entsprechende Blende zu beheben.

Das Ronchigramm zeigt, wie groß die abgesunkene Kante ist.

Die Abbildungen sind zwar in Ordnung, aber man kann keine Beugungsringe entdecken.rauhe OberflächeEine rauhe Oberfläche
das Fehlen der Beugungsringe schiebt man beim Sterntest gerne auf ein schlechtes Seeing. Gerade dieser Test ist nur bei sehr ruhiger Luft zu machen.

In Wirklichkeit werden, durch eine rauhe Oberfläche, die Ringe, wie durch einen Weichzeichner verwischt. Gerade bei der Mond und Planetenbeobachtung erhält man nicht den gewünschten Kontrast. Der Vergleich mit dem Weichzeichner ist auch hier richtig.


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